Közel négy évnyi pályán töltött idő után a NASA és a francia űrügynökség, a CNES radarműholdja igazolni látszik Patty Griffin dalszövegét, miszerint, „a folyók folyók, nem pedig vonalak”. A Surface Water and Ocean Topography (felszíni vizek és az óceánok topográfiája, SWOT) műhold folyamatosan méri a világ folyóinak vízszintjét és szélességét, minden eddiginél alaposabban tárva fel a térképen látható kék vonalak valódi összetettségét.
Ezek között vannak gátakkal elzárt, elágazó, befagyott vagy lecsapolt folyók is, olyan viselkedéssel, amelyet a hidrológiai modellek nehezen tudnak leképezni, mondja Colin Gleason, a Massachusettsi Egyetem hidrológusa, aki az új kutatást vezette, amelynek eredményei a múlt hónapban jelentek meg a Geophysical Research Letters című folyóiratban. A szakértők megállapították, hogy a folyók túlnyomó többsége nem egyszerű, idealizált csatorna:
„Az emberi tevékenység által befolyásolt, szokatlan folyók dominálják a globális folyóképet.”
A SWOT 2022 végi indítása előtt a kutatóknak nem volt lehetőségük a bolygó folyóinak rendszeres megfigyelésére. A vízszintmérők valós időben mérik a mélységet bizonyos helyeken, de elhelyezésük ritka, különösen a kevésbé fejlett országokban. A műholdak megfigyelhették egy folyó szélességét vagy vízszintjét, de nem mindkettőt egyszerre nem szokták. A hiányosságok pótlására a kutatók modellekre támaszkodnak, amelyek egyre inkább ezeken a szórványos adatokon betanított mesterséges intelligenciákon alapulnak. Ahhoz, hogy előre jelezzék, egy folyó kiszárad-e egy forró nyáron, vagy árvíz alakul-e ki heves esőzések után, a modellek rengeteg feltételezésbe bocsátkoznak a meder alakjáról és arról, hogy mennyi víz jut el oda.
Új műszer, új modellek
A SWOT forradalmasítani fogja ezeket a modelleket. Az 1,2 milliárd dollárba kerülő műhold 11 napos időközönként újra és újra meglátogatja a Föld legtöbb pontját, és akár 30 méter szélességű folyókat és tavakat is érdemben meg tud figyelni. A műhold hasrészéből radarimpulzusokat sugároz, és a visszaverődő jeleket két, egymástól 10 méterre elhelyezkedő antenna fogja be, így egy-egy vízfelületet kissé eltérő szögekből vizsgál. A visszatérő radarjelek összehasonlításával a SWOT képes meghatározni a vízfelület magasságát, miközben annak kiterjedését is feltérképezi.
Pontossága és felbontása meghaladja a várakozásokat, mondja Tamlin Pavelsky, az Észak-Karolinai Egyetem hidrológusa és a SWOT édesvízi tudományos csapatának társvezetője: „A SWOT teljesen lenyűgözött minket. Ha a kilövés előtt azt mondták volna nekünk, hogy ilyen jó lesz, azt hittem volna, hogy valaki hazudik.”
Az új tanulmányban Gleason és kollégái mintegy 68 ezer folyó vizsgálatáról számolnak be, összehasonlítva a SWOT-adatokat a meglévő hidrológiai modellekkel. A kutatók megállapították, hogy a modelleknek nehézséget okoz számos folyó viselkedésének leképezése, különösen Kínában, az Északi-sarkvidéken és a száraz régiókban. Egyes esetekben a modellek a vízszint emelkedését jelezték előre, miközben a SWOT valójában csökkenést észlelt. Ahogy Gleason mondja:
„Egyfajta atlaszt ad a kezünkbe arról is, hogy hol lehetnek hiányosak a folyókkal kapcsolatos alapismereteink.”
Gleason elmondása szerint a kutatás nem elsősorban a jelenlegi hidrológiai modellek aláásására irányul, mint inkább annak demonstrálására, hogy a SWOT hogyan javíthatna ezeken. Az összes jelentős modellező csoport közreműködött a vizsgálatban, és sokan közülük jelenleg is azon dolgoznak, hogy a SWOT méréseit beépítsék munkájukba. „A SWOT katalizátorként szolgál a globális hidrológia alapoktól történő újjáépítéséhez. Remélem, eljutunk odáig” – mondja Gleason.
Ha a víz az úr
A SWOT egyik korai alkalmazási területe a globális árvízmodellek fejlesztése lehet, amelyekre a biztosítótársaságok és a politikai döntéshozók támaszkodnak a veszélyek előrejelzéséhez. Ezeknek a globális modelleknek a megalkotásakor „számos durva becslést kell tennünk a vízfelszín magasságával kapcsolatban”, mondja Jeffrey Neal, a Bristoli Egyetem hidrológusa.
A Water Resources Research folyóiratban júliusban megjelent tanulmányukban Neal és társszerzői arról számoltak be, hogy a SWOT-adatok alapján megalkotott árvízmodell ugyanolyan pontos lehet, mint a folyómedrek hangradarral történő feltérképezésein alapuló – amely adatok ritkák, mivel körülményes és költséges a begyűjtésük. A Fathom, a Swiss Re biztosítási óriáscég része, jelenleg már használja is a SWOT-adatokat globális árvízmodelljében. Neal pedig közben ezeket alkalmazza az árvízkockázatok előrejelzésére Dél-Afrikában, ahol az éghajlatváltozás alapvetően megváltoztatta az esőzések jellegét.
A SWOT olyan folyamatokat is feltár, amelyeket a kutatók korábban csak mérőműszerekkel, közvetlenül a folyókon tudtak megfigyelni. Jó példák erre az árhullámok: ezek tartósan fennmaradó vízszintemelkedések, amelyek lefelé terjednek a folyókon, és hirtelen árvizeket okoznak. Tavaly a Virginia Tech posztgraduális hallgatója, Hana Thurman kollégáival kimutatta, hogy a SWOT képes ezeket rögzíteni, bár a feldolgozáshoz szükséges erőforrások miatt még nem képes valós idejű riasztásokat adni.
„Egyre jobban értjük, hogyan működnek a folyami árhullámok”
– mondja Thurman. A szakértő a következőkben azt szeretné vizsgálni, hogy miért vannak olyan folyók, amelyek hajlamosak a veszélyes árhullámokra, míg mások nem. Ez a téma pedig a tavalyi texasi és az idei nepáli árvízkatasztrófák után még relevánsabbá vált.
Vissza-folyók
A műhold az óceán árapálya által felfelé, azaz a folyásiránnyal szemben haladó hullámokat is érzékeli. A Nature folyóiratban nemrégiben megjelent egy tanulmány, amelyben Michael Hart-Davis, a Müncheni Műszaki Egyetem oceanográfusa és kollégái a SWOT segítségével több mint 51 ezer folyóágat vizsgáltak. A munka során több mint 165 ezer kilométernyi olyan folyószakaszt azonosítottak, ahová az árapály behatol, és a helyi ökoszisztémákat sós víznek teszi ki.
Dél-Afrikában és más helyeken néhány eddig nagyon mérsékelten megfigyelt folyón az árapály meglepően mélyre hatol be, mondja Hart-Davis. Még az Amazonas esetében is, ahol az árapály hatása jól ismert, rendkívüli élmény volt látni a jelenség teljes kiterjedését, teszi hozzá a szakértő: „Elképesztő, milyen messzire jutnak fel az áradó óceánok.”
Ugyanezek a mérések új perspektívát kínálnak a tavakkal és a vizes élőhelyekkel kapcsolatban is, mondja Pavelsky. Jida Wang, az Illinois-i Egyetem limnológusa a SWOT segítségével átfogó kutatást végzett több mint 5 millió tóról. Publikálásra váró elemzése alapján a tavak által tárolt vízmennyiség akár 70%-kal is eltérhet a korábban feltételezettől. A mesterséges víztározók, ahol a vizet tárolják és ahonnan kiengedik, a variancia feléért felelnek, annak ellenére, hogy a tavak teljes számának csupán 5%-át teszik ki. „Az emberi beavatkozás valóban hajlamos dominálni a természetet” – mondja a kutató.
Ez a folyókra is igaz, teszi hozzá Arnaud Cerbelaud, a CNES távérzékeléssel foglalkozó hidrológusa. A világ folyóinak vízállási változásait vizsgáló kutatás során, amelyet részben ő vezetett, kollégái úgy találták, hogy egyes folyók, például a Nílus, a modellek által jósoltnál sokkal alacsonyabb vízállást mutatnak – talán az öntözés, vagy az Etiópiában épülő hatalmas új gát miatt. Ahogy a szakértő mondja:
„A bolygó minden részén megváltoztattuk a folyók vízhozamát.”
